[发明专利]以等离子喷涂制备圆柱形大面积镀膜靶材及方法

说明书

技术领域

本发明涉及国际分类C23C对金属材料的镀膜、用金属材料对材料的镀膜、表面扩散法，化学转化或置换法的金属材料表面处理、真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀膜等相关技术，特别是一种以等离子喷涂制备圆柱形大面积镀膜靶材及方法。

背景技术

目前， 溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成，基片作为阳极，真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体，在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电。电离出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上，形成薄膜。目前溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应溅射等。 

靶材是真空镀膜的重要原材料，靶材的纯度、密度直接影响膜系的成分和综合性能。

比如，镀膜玻璃用高密度Zn、Sn、Ni及其合金大尺寸旋转靶材的熔铸制备技术。从制备技术、靶材组织和溅射性能方面对两种旋转靶材做比较，喷涂制备金属靶是利用电弧将靶材材料加热到熔融或半熔融状态，借助高速气体将其雾化，形成小的熔滴，并加速喷射到衬管或衬板表面，快速冷却凝固成金属涂层靶材的过程。非金属和陶瓷靶通常是利用等离子加热粉末材料的方法喷涂制成。而另外，靶材熔铸技术可分为三种不同的浇铸形式：无衬管或衬板的整体式甩带浇铸，例如NiCr、NiV靶、有衬管或衬板的直接浇铸，例如Zn、Zn/ZnAl2/ZnSn(Sb)Sn及其合金靶、分段甩带浇铸再粘结成靶材如Ag靶等。

近二三十年以来，随着溅射镀膜技术的快速发展，新的靶材制备技术不断出现，靶材质量和性能也取得了显著提高。起初，美国镀膜设备供应商BOC公司开发出旋转阴极靶材，靶材的利用率由传统矩形平面靶的40%提高到80%，大量节约镀膜成本，从此旋转靶材在镀膜行业得到了广泛应用。然而，要制备长度接近4m、直径Φ(150-190)mm的高纯度中空圆柱靶仍然是困难的。

针对大面积镀膜靶材，即主要应用于大面积物理气相沉积的镀膜的靶材，以旋转靶材为代表。大面积镀膜主要应用于玻璃镀膜、太阳能光伏等领域，包括低辐射（Low-E）玻璃镀膜、透明导电玻璃镀膜（TCO），大面积镀膜，尤其是大面积玻璃镀膜，通常使用的靶材为大尺寸圆柱靶材，而且要求圆柱靶材为整体单根，或分段固定在同一衬管上，以目前技术条件，一般圆柱靶材长度不超过4米，这种圆柱镀膜靶材现有制造方法包括：热等静压法、烧结法、挤压法和浇铸法等四种，以上4种工艺各有优缺点，值得指出的是，其都不能很好的满足大面积镀膜实际应用的需求，具体地说，其中，采用热等静压法无法生产出较大尺寸靶材，已有记录显示，采用该法制的靶材长度未能超过2米，；采用烧结法仅能生产长度500毫米以内的单支靶材；挤压法和浇铸这两种方法也存在诸多限制因素，如无法应用于非金属靶材制造。

由此可以看出，现有技术条件下，只能通过多节连接固定在衬管上以达到长度要求，这种方法无疑大幅增加了成本，因此现有旋转靶材由于制造方法缺陷，不能满足大面积镀膜，尤其是建筑玻璃镀膜对靶材的要求。

另外，已公开的新的相关技术方案较少，如专利申请号200310105218一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶。由水冷靶材和可移动的磁体组成平面靶或圆柱靶结构；平面靶结构中磁体通过滚动轴承与水冷背板安装在一起，电机通过传动盘驱动金属板和固定其上的磁体一起运动；圆柱靶结构中磁体套在不锈钢管上安装在圆柱靶内，置于冷却水中，并通过连接机构与电机相连。本发明采用了移动磁体技术，通过对普通磁控溅射平面靶和圆柱靶磁体的改进，使其磁体在溅射镀膜过程中能够移动，从而使靶材表面的刻蚀区域更宽，刻蚀更均匀，靶材的利用率有明显的提高，同时保留了磁控溅射工艺的优点，而没有影响其工艺性能； 

专利申请号200710022233旋转圆柱磁控溅射靶，包括极靴、永磁体、中空圆柱靶材和芯轴，永磁体沿圆柱靶材的轴向嵌于极靴内，永磁体为长永久磁条和短永久磁条，极靴上设有用于安装长永久磁条和短永久磁条的定位槽，长永久磁条和短永久磁条分别安装在对应的定位槽内；长永久磁条和短永久磁条沿极靴圆周方向交替分布，从而组成多路条形磁体，长短永久磁条的极性相反，极化方向垂直于溅射阴极中心轴线，极靴两端的磁环与长短永久磁条构成闭合跑道形磁力线。